電工學第3章課件

1、3 反饋及負反饋放大電路3.1 反饋的基本概念3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入3.3 負反饋放大電路的分析計算3.4 負反饋放大電路的自激振蕩3 反饋及負反饋放大電路一、基本內(nèi)容：1.反饋的概念與反饋的判斷；2.負反饋放大電路的組態(tài)；3.負反饋放大電路放大倍數(shù)的計算；4.負反饋對放大電路性能的影響；5.負反饋放大電路引起正反饋問題的分析。3 反饋及負反饋放大電路1. 通過學習，學生應掌握反饋的基本概念、反饋的作用以及電路中反饋類型的判斷；2. 理解放大電路中引入不同組態(tài)負反饋后,對放大電路的影響；掌握深度負反饋下放大倍數(shù)的估算方法；3. 理解產(chǎn)生自激振蕩的原因、條件及消除方

2、法。二、教學要求：3.1 反饋的基本概念返回主目錄3.1.1 反饋的概念1. 反饋放大電路中的反饋，就是將放大電路的輸出量(電壓或電流)的全部或者一部分，通過一定的電路（網(wǎng)路）送回輸入回路，與輸入量(電壓或電流)進行比較，通過影響放大電路輸入量從而影響放大電路的輸出量，使放大電路的性能得到改善的措施稱為反饋。 按照反饋放大電路各部分電路的主要功能可將其分為基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分，如右圖所示。3.1 反饋的基本概念前者主要功能是放大信號，后者主要功能是傳輸反饋信號?；痉糯箅娐返妮斎胄盘柗Q為凈輸入量，它不但取決于輸入信號(輸入量)，還與反饋信號(反饋量)有關(guān)。返回主目錄舉例：3.1 反饋的

3、基本概念UB一定輸入量：ui、ube、ib輸出量：uo、uce、ic正向傳輸：信號從輸入端到輸出端的傳輸TUBEICICUEIB反饋：將電子系統(tǒng)輸出回路的電量（電壓或電流），以一定的方式送回到輸入回路的過程。返回主目錄3.1 反饋的基本概念3.1.2 反饋的分類及其判斷1. 直流反饋和交流反饋直流反饋：如果反饋量只含有直流量，則稱直流反饋。交流反饋：如果反饋量只含有交流量，則稱交流反饋。ic交流反饋直流反饋返回主目錄3.1 反饋的基本概念注意:1.有的反饋只對交流信號起作用；有的反饋只對直流信號起作用；有的反饋對交、直流信號均起作用。2.若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接隔直電容，則可以隔斷直流，此時反饋只對

4、交流起作用。3.在起反饋作用的電阻兩端并聯(lián)旁路電容，可以使其只對直流起作用。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.1：判斷下圖中有哪些反饋回路，是交流反饋還是直流反饋。交、直流反饋交流反饋 注意電容的“隔直通交”作用！返回主目錄3.1 反饋的基本概念2. 正反饋和負反饋負反饋：輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小。正反饋：輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量增加，放大倍數(shù)增加。返回主目錄3.1 反饋的基本概念上圖中基本放大器，無反饋，凈輸入量ube=ui，電壓放大倍數(shù)為：引入反饋后，凈輸入量ube =ui- uf ，電壓放大倍數(shù)為：可見，凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小，所以是負反

5、饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念正反饋與負反饋的判別方法:瞬時極性法假設(shè)輸出端信號有一定極性的瞬時變化，依次經(jīng)過反饋、比較、放大后，再回到輸出端，若輸出信號與原輸出信號的變化極性相反，則為負反饋。反之為正反饋。判斷時在輸入端也要反映出反饋信號與輸入信號的比較關(guān)系。返回主目錄3.1 反饋的基本概念3. 電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓。負反饋穩(wěn)定輸出電壓。AFRLuo電壓反饋電流反饋 ：反饋信號取自輸出電流。負反饋穩(wěn)定輸出電流。電流反饋iouoFARLio判別法：使 uo = 0 (RL 短路)，若反饋消失為電壓反饋。判別法：使 io = 0(RL 開路)，若反饋消失為電流反

6、饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念4. 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電壓相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。RSAFuiuidufus并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電流相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。AFiiifisiidRSuid = ui ufiid = ii if特點：反饋信號和輸入信號在不同節(jié)點引入。特點：反饋信號和輸入信號在同一節(jié)點引入。返回主目錄3.1 反饋的基本概念+C1+ui ReRb+VCCC2RL+uo+ uid +uf例3.1.2：RL uo uf uid uo 穩(wěn)定了輸出電壓，為電壓反饋。反饋信號和輸入信號在不同節(jié)點引入，為串聯(lián)反饋。返回主目錄5. 反饋的四種類型

7、AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio返回主目錄3.1 反饋的基本概念電壓串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋返回主目錄3.1 反饋的基本概念FAiiifisiidRSRLuo電壓并聯(lián)負反饋FAiiifisiidRSiouoRLio電流并聯(lián)負反饋3.1 反饋的基本概念例3.1.3：電壓串聯(lián)負反饋 AFuo 經(jīng) Rf 與 R1 分壓反饋到輸入回路，故有反饋。反饋使凈輸入電壓 uid 減小，為負反饋。RL = 0，無反饋，故為電壓反饋。uf = uoR1/(R1 + Rf) 也說明是電壓反饋。uid = ui uf 故為串聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.

8、4：電流串聯(lián)負反饋AFRf 為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電壓 uid 減小，為負反饋。RL = 0，反饋存在，故為電流反饋。uf = ioRf ，也說明是電流反饋。uid = ui uf 故為串聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.5：電壓并聯(lián)負反饋AFRf 為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電流 iid 減小，為負反饋。RL = 0，無反饋，故為電壓反饋。iid = ii if ，故為并聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.6：電流并聯(lián)負反饋AFRf 介于輸入回路和輸出回路，故有反饋。反饋使凈輸入電流 iid 減小，為負反

9、饋。RL = 0，反饋存在，故為電流反饋。iid = ii if ，故為并聯(lián)反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念電流串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋例3.1.7：返回主目錄3.1 反饋的基本概念例3.1.8：RE：引入本級電流串聯(lián)負反饋；引入級間電流并聯(lián)負反饋。規(guī) 律：（1） 反饋信號與輸入信號在不同節(jié)點為串聯(lián)反饋，在同一個節(jié)點為并聯(lián)反饋。（2） 反饋取自輸出端或輸出分壓端為電壓反饋，反饋取自非輸出端為電流反饋。返回主目錄3.1 反饋的基本概念3.1.3 負反饋放大電路的基本關(guān)系式1. 反饋放大電路的框圖表示法返回主目錄3.1 反饋的基本概念2. 各變量之間的基本關(guān)系式開環(huán)放大倍數(shù)：反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系

10、數(shù)：閉環(huán)放大倍數(shù)：由上述兩式可得：基本放大電路的凈輸入信號：反饋深度：返回主目錄3.1 反饋的基本概念它反映了反饋對放大電路影響的程度可分為下列三種情況：(1) 當時， ，相當正反饋；(2) 當時， ，相當于輸入為零時仍(3) 當時， ，相當負反饋。返回主目錄有輸出，故稱為“自激狀態(tài)”；3.1 反饋的基本概念環(huán)路增益是指放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)所形成環(huán)路的增益，當 時，稱為深度負反饋，與 相當，于是閉環(huán)放大倍數(shù)如下：返回主目錄3.1 反饋的基本概念也就是說在深度負反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)近似等于反饋系數(shù)的倒數(shù)，與有源器件的參數(shù)基本無關(guān)。一般反饋網(wǎng)絡(luò)是無源元件構(gòu)成的，其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件，因此深度負反

11、饋時的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入3.2.1 負反饋對放大電路性能的影響在放大電路中引入負反饋，雖然會導致閉環(huán)增益的下降，但能使放大電路的許多性能得到改善。例如，可以提高增益的穩(wěn)定性，擴展通頻帶，減小非線性失真，改變輸入電阻和輸出電阻等。下面將分別加以討論。返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入1. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性（1）定性分析（2）定量分析為了從數(shù)量上表示增益的穩(wěn)定程度，常用有、無反饋時增益的相對變化量之比來衡量。用 和 分別表示開環(huán)和閉環(huán)增益的相對變化量，用正實數(shù)A和F分別表示A和F的模，則閉環(huán)增益的表達式為

12、返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入對上式求微分得： 相對變量式為：返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入上式說明，一個放大電路加入負反饋后的閉環(huán)不穩(wěn)定性為其開環(huán)不穩(wěn)定性的。也就是說，放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定度比其開環(huán)時提高了(1+AF)倍，反饋深度越深，閉環(huán)的穩(wěn)定度就越高，增益的變動減小。返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入2. 減小非線性失真由于半導體元件的非線性特性使放大電路的輸出和輸入無法達到線性關(guān)系。從而產(chǎn)生非線性失真。在引入深度負反饋電路后，電路的放大倍數(shù)幾乎只與反饋元件有關(guān)而與基本放大電路無關(guān)。而反饋

13、元件一般為無源的R、C元件，具有良好的線性特征，能真實反饋輸出量的變化。在輸入信號不變時，使放大電路的凈輸入與輸出信號變化趨勢相反，從而有效抑制放大電路自身的非線性失真。返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入Aouiuo加反饋前加反饋后ufuiudAoF+改善uouo波形改善以降低閉環(huán)增益為代價返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入3. 抑制內(nèi)部噪聲和干擾利用負反饋減小內(nèi)部干擾和噪聲，其原理及物理過程與減小非線性失真一樣，效果也是閉環(huán)噪聲輸出減小到開環(huán)噪聲輸出的 。 說明：（1） 噪聲對有用信號的干擾，并不取決于噪聲的絕對大小，而是由信噪比來決定

14、。 返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入用分貝表示為：（2）負反饋只能消弱放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲與干擾，對外部混入的干擾和噪聲則不起作用。 （3）負反饋將噪聲縮小 ，放大器的放大倍數(shù)也減小 ，故不能提高信噪比，只有用改進電路或加大有用信號的輸入來提高信噪比。返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入4. 對輸入電阻和輸出電阻的影響（1）對輸入電阻的影響1）串聯(lián)負反饋使輸入電阻增加返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入開環(huán)輸入電阻：閉環(huán)輸入電阻： = 結(jié)論：串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大為原來的 倍說明：深度負反饋 時， 理解：串聯(lián)負

15、反饋相當于在輸入回路中串聯(lián)了一個電阻，故輸入電阻增加。返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入2）并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入開環(huán)輸入電阻：閉環(huán)輸入電阻：= = 結(jié)論：并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小為原來的 倍理解：并聯(lián)負反饋相當于在輸入回路中并聯(lián)了一條支路，故輸入電阻減小返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入（2）對輸出電阻的影響1）電壓負反饋使輸出電阻減小返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入由圖可得：在輸出回路列寫基爾霍夫電壓等式：= = 開環(huán)輸出電阻：則：結(jié)論：電壓

16、負反饋使輸出電阻是原來的理解：輸出電阻越小，輸出電壓就越穩(wěn)定返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入2）電流負反饋使輸出電阻增大返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入對圖中輸出回路，列寫基爾霍夫電流式圖中：代入上式得：則：結(jié)論：電流負反饋使輸出電阻增大為原來的 倍理解：輸出電阻越大，輸出電流就越穩(wěn)定返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入總結(jié)：負反饋對放大電路的影響都與反饋深度有關(guān)： 反饋使基本放大器的放大倍數(shù)變?yōu)樵瓉淼?。 返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入3.2.2 負反饋的正確引入1. 引入原

17、則1）為穩(wěn)定靜態(tài)工作點應引入直流負反饋，欲改善交流性能時則應引入交流負反饋。2）為穩(wěn)定輸出電壓應引入電壓負反饋，欲穩(wěn)定輸出電流則應引入電流負反饋。3）為穩(wěn)定整個電路的最后輸出量，應引入整體負反饋，欲穩(wěn)定某一放大級的輸出量，則應引入局返回主目錄3.2 負反饋對放大電路性能的影響及負反饋的正確引入部負反饋。4）為提高放大電路的輸入電阻應引入串聯(lián)負反饋，欲減小放大電路的輸入電阻時應引入并聯(lián)負反饋。5）為減小輸出電阻應引入電壓負反饋，欲提高輸出電阻則應引入電流負反饋。6）當信號源內(nèi)阻小時，宜用串聯(lián)負反饋，當信號源內(nèi)阻大時，宜用并聯(lián)負反饋。返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算1. 估算的依據(jù)深度負

18、反饋:方法一:由 得即，深度負反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋系數(shù)有關(guān)。返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算方法二:根據(jù)將代入上式得即：輸入量近似等于反饋量凈輸入量近似等于零或 由此可得深度負反饋條件下，基本放大電路“虛短”、“虛斷”的概念。返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算深度負反饋條件下：Xd=Xi-Xf0u+=u-（運放電路）ue=ub（三極管電路）（1） “虛短”ud0（2）“虛斷”id0ii+=ii-=0 （運放電路）ib=0（三極管電路）“虛短”與“虛斷”返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.1分立電路電壓串聯(lián)負反饋 解：用方法一 求反饋系數(shù)：2. 估算電壓

19、放大倍數(shù)返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.2運放組成的電壓串聯(lián)負反饋 解：用方法二 利用虛短和虛斷的概念得知閉環(huán)電壓增益則返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.3分立電路電流并聯(lián)負反饋反饋系數(shù): 解：用方法一返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.4運放組成的電流并聯(lián)負反饋閉環(huán)電壓增益：利用虛短和虛斷可知 解：用方法二ui=ii R1 ii=if返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.5分立電路電壓并聯(lián)負反饋 解：用方法一反饋系數(shù):返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算閉環(huán)

20、增益閉環(huán)電壓增益返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.6運放組成的并聯(lián)電壓負反饋利用虛短和虛斷可知u+=u-=0ii=if返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.7分立元件組成的電流串聯(lián)負反饋 解：用方法一反饋系數(shù):返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算閉環(huán)增益閉環(huán)電壓增益由第二章知，該電路閉環(huán)電壓增益:返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.8運放組成的電流串聯(lián)負反饋閉環(huán)電壓增益利用虛短和虛斷可知: 解：用方法二返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算3. 估算輸入輸出電阻在深度負反饋條件下:返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.9電

21、壓串聯(lián)負反饋RifRifRb1ROf0返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.10電壓并聯(lián)負反饋Rif0RifRSROf0返回主目錄3.3 負反饋放大電路的分析計算例3.3.11電流并聯(lián)負反饋ROfRC2Rif0RifRSROf返回主目錄3.4 負反饋放大電路的自激振蕩3.4.1 負反饋放大電路的自激振蕩及穩(wěn)定工作條件1. 自激振蕩現(xiàn)象ui = 0AuouiAuo2. 自激振蕩的條件負反饋變?yōu)檎答? 反饋信號要足夠大。公式 可寫成 返回主目錄3.4 負反饋放大電路的自激振蕩3. 產(chǎn)生自激振蕩的原因附加相移 AF 使負反饋 正反饋一級放大電路附加相移 90 ,兩級 180 ,三級 270 4. 自激振蕩的判斷方法自激振蕩的兩個條件中, 首先看相位條件, 只有相位條件滿足了, 絕大多數(shù)情況下, 只要 , 放大器將產(chǎn)生自激。如